地铁循环荷载下黏土污染圆砾的大型动三轴试验及动力特性研究

为揭示地铁循环荷载作用下受黏土污染圆砾的长期动力特性,利用GDS大型三轴循环试验系统,开展了一系列饱和不排水动三轴试验,分析了不同围压及动应力幅值下黏土污染水平(clay fouling level,VCI)对圆砾长期动力特性的影响。试验结果表明:随着VCI的增加,试样的累积塑性应变呈先增后减的趋势,污染黏土由润滑作用转变为填充作用,围压为100 kPa时,界限VCI=30%,围压为200 kPa、300 kPa时,界限VCI=20%;VCI对浅埋地铁隧道(σ_(3)=100 kPa)影响较大,威胁行车安全,而对深埋地铁隧道(σ_(3)=200 kPa、300 kPa)影响较小,地铁运行相对安全;随VCI的增加,试样的弹性应变和动孔压比先增大后减小,而回弹模量则先减小后增大,但三者的变化趋势均随围压的降低及动应力幅值的增大愈发明显。研究成果可为地铁路基结构设计及其工后沉降预估提供参考。

超声辅助复合淋洗对污染黏土的工程性质影响

研究采用超声辅助复合淋洗剂(酒石酸、乙二胺四乙酸二钠(Na2EDTA)),对人工配制的Cu^(2+)、Ni^(2+)、Pb^(2+)重金属污染黏土开展试验,分析了在不同重金属离子浓度下,超声辅助复合淋洗前后土体pH值、液塑限、强度特性、压缩特性等工程性质的变化规律。试验结果表明:(1)超声淋洗修复后,污染黏土pH值显著降低,酸性淋洗剂会带来较严重的土壤酸化;(2)修复后土体液性指数增加,塑性指数降低;(3)超声淋洗修复后,土体抗剪强度降低,内摩擦角整体降低2°~3°;(4)孔隙比随固结压力增大而减小,重金属浓度越大,降低幅度越大;(5)修复后土体的压缩性增大,压缩系数增加,压缩模量降低。

甲基叔丁基醚污染黏土的Archie电阻率模型修正方法

通过引入污染物影响系数及修正孔隙率,提出了一种挥发性有机物污染黏土的Archie电阻率修正模型,并通过米勒土盒单元试验结果给出了模型中的4个参数(胶结指数、饱和度指数、污染物影响系数和孔隙微观分布不均匀性系数)的确定方法。结果表明,黏土的地层因子与孔隙率呈正相关关系,与砂土的相应关系相反,这是黏土颗粒表面电荷对电阻率的影响所致。饱和度指数随体积含湿率的增加呈抛物线变化,随孔隙率的增加呈线性增加,据此提出了同时考虑两种因素的饱和度指数经验公式。综合土体电阻率与体积含水率之间的幂函数关系及与体积含污率之间的线性关系,得到了污染物影响系数的确定方法。孔隙微观分布不均匀性系数a随体积含水率的变化可分为陡降、趋平和缓升3个阶段,土中孔隙水的赋存状态是主要影响因素。

基于半动态淋滤试验的水泥固化铅污染黏土溶出特性研究

通过半动态淋滤试验，研究淋滤液pH分别为2，4，7时水泥固化铅污染土的溶出特性，以定量评价水泥固化铅污染土的环境安全特性。结果表明，当淋滤液初始pH为2时，试样中累积铅溶出质量约为pH为4和7时的47～106倍：而pH为4和7时累积铅溶出质量差别不明显。试样水泥掺量由12％提高到18％时，试样累积铅溶出质量降低了28％--68％，表明增大水泥掺量有利于铅的固定。通过对试验结果的理论分析，求算得出了铅扩散系数De；淋滤液初始pH=4，7时De很接近；而淋滤液初始pH=2时，De比pH=4或7时的De高约3，4个数量级：当水泥掺量由12％提高到18％时，试样D，降低了约17％～99％。上述研究结果表明，强酸性淋滤液和水泥掺量明显影响固化污染土中铅溶出量和扩散系数。

温控电动联合淋洗法去除污染淤泥质黏土中铬的试验研究

自行设计了温控电动联合淋洗试验装置,开展了铬污染淤泥质黏土室内土柱试验,分析了电流、电解质溶液pH的变化以及淋洗液种类、外加电压、温度对铬去除效果的影响。结果表明:电动联合淋洗法可以有效去除土体中的重金属铬,当电压较小为15 V,淋洗液为十二烷基苯磺酸钠(SDS)和草酸(OA)时,Cr(Ⅵ)的去除率分别高达95.86%和95.91%,Cr(总)的去除率分别为81.31%和78.08%。升高温度有助于草酸与铬的络合作用及铬的迁移,当温度升高至45℃时,Cr(Ⅵ)与Cr(总)的去除率可高达99.65%与82.50%;而当淋洗液为SDS时,升高温度使Cr(总)的去除率降低了10.99%。电压提高到55V对铬迁移的促进作用有限,淋洗剂为SDS和草酸时,Cr(VI)的去除率分别提高2.58%和3.05%,Cr(总)的去除率分别提高9.29%和3.78%,从节能角度考虑可采用较低的电压。电动联合淋洗法可有效去除污染土中水溶态及弱酸提取态的铬,降低污染土的毒性,并使土粒之间的孔隙变小,土粒结构更为紧密。

桂林地区酸、碱污染红黏土力学效应弱化试验研究

为了研究酸、碱污染对红黏土力学性质的影响,分别使用酸(HCl)溶液和碱(NaOH)溶液对桂林雁山红黏土进行浸泡,考虑酸浓度(0、1%、4%、8%)和养护时间(7,14d),碱浓度(0、4%、8%、12%)和养护时间(7,14d)双因子因素,通过室内试验,包括固结试验、三轴试验(UU)和直剪试验(快剪),分析酸碱污染对桂林雁山红黏土压缩性指标和抗剪强度指标的变化。试验结果表明:1)红黏土在HCl和NaOH中浸泡后,其压缩模量、黏聚力与内摩擦角逐渐减小,且随着酸、碱浓度及养护时间增加,减小的幅度增大;2)对比经HCl和NaOH浸泡红黏土,在相同养护时间下,经HCl浸泡红黏土的压缩模量、黏聚力的变化程度大于经NaOH浸泡红黏土的变化,内摩擦角反之;3)随着养护时间增加,经HCl浸泡的红黏土黏聚力与内摩擦角的变化程度小于经NaOH浸泡红黏土的变化,压缩模量反之。对试验结果分析后认为:在酸碱溶液作用下,红黏土的化学成分、颗粒大小及形状都将发生变化,使其原本稳定的结构状态发生改变,导致桂林地区酸碱污染红黏土力学效应弱化。

桂林地区酸污染红黏土力学效应弱化试验

选取具有代表性的桂林市雁山区红黏土作为试验土样,以盐酸为酸污染物,配置3种不同质量分数的酸溶液,将盐酸溶液的质量分数和红黏土在酸溶液中的浸泡时间作为影响因素,对酸污染红黏土的力学性质进行了研究,以揭示酸污染红黏土力学效应弱化机理。研究结果表明:酸污染红黏土的压缩性增强,抗剪强度降低,黏聚力减小,且随着盐酸质量分数的增加和浸泡时间的延长,这种弱化更加明显。污染红黏土中Fe2O3和Al2O3的减少、Si O2的增加、Ca CO3和MgCO3的溶解及离子交换,是导致污染红黏土力学性质弱化的根本原因。

碱、锌污染淤泥质黏土的压缩与渗透特性试验研究

城市生活垃圾随意堆放或未经卫生填埋导致淋滤液下渗造成地基土污染,场地污染范围、污染土性变化及污染机理等问题引起了广泛关注。针对宁波地区的典型软土,人工制备不同程度的碱污染土和锌污染土,通过室内试验和微观测试探讨了污染土的物相成分和微观结构,分析了污染土的渗透特性以及压缩特性的变化规律以及相应的变化机理。研究表明,受到污染液腐蚀后,原状土的微结构变化明显,随着污染液浓度的增大,污染土孔隙面积比增大而丰度减小;碱和锌污染对土体的渗透性影响较大,且与渗透时长有关;碱污染土的压缩系数随着污染液浓度的增大而逐渐降低,而锌污染土的压缩系数变化不大;机理分析认为,造成上述土性变化的主要原因在于污染离子侵入土体后胶结物质溶蚀与新物质生成之间的平衡以及结合水膜厚度变化等。

NH_(3)·H_(2)O污染桂林红黏土的微观结构演化

为了探究碱污染红黏土微观结构演化规律,利用桂林地区氨水(NH_(3)·H_(2)O)污染红黏土的扫描电镜图像来研究在不同浓度(0、4.5%、9.0%、13.5%、18.0%)、不同时间效应(0、1、7、14 d)下,污染红黏土的微观结构图像的变化特征,利用MATLAB软件处理图像,统计分析NH_(3)·H_(2)O污染红黏土微观结构参数(孔隙率、孔隙个数、孔隙平均面积和孔隙分形维数)的变化。试验研究结果表明:同一组试件,随着氨水浓度的递增,土颗粒表面变化过程由表面细腻平整光滑、土颗粒间孔隙少、团粒体结构较致密、多为片状或叠片状→表面依次变得粗糙不规则、孔隙增大、有少量的粒状体出现→逐渐递变为团粒体结构疏松、孔隙扩散、出现粒状架空结构。究其原因可知,氨水溶液的浸入在红黏土矿物的微孔隙、表面和层间产生聚集、沉淀、腐蚀等系列物理化学作用,使土颗粒间原本起到胶结固化作用的物质被消耗,原生的土体结构发生破坏,土颗粒间的孔隙增大结构松散,压缩空间增大,稳定性下降。

碱污染红黏土物理性质及微观结构试验研究

碱污染使得贵州某铝厂地基红黏土孔隙比、比重和塑性指数降低。结合实际污染液浓度及入磨母液为污染源,考虑时间和浓度效应,对碱污染原状红黏土通过室内土工、电镜扫描试验、能谱分析,研究其物理性质的变化。结果表明:高浓度下,各基本物理指标总体低于蒸馏水养护下各指标,有机质含量、比重、黏粒含量、塑性指数、孔隙比整体降低,养护0~10 d期间,浓度越大指标降低程度越大,10 d时出现极值点;低浓度下,土颗粒较为分散,各物理指标多在20 d或40 d时出现极值点;入磨母液中,各物理指标均较低。污染红黏土特殊物理性质的变化是其微观孔隙面积、颗粒个数、新盐填充在微观孔隙内部以及黏土矿物吸附溶液中物质所共同导致的,另外,碱污染红黏土中粘土矿物不吸附Mg元素,岩土工程中应引起注意。

碱污染红黏土抗剪强度及破裂面微观结构特征研究

碱污染使得贵州某铝厂地基红黏土孔隙比、比重和塑性指数降低。本文结合实际污染液质量分数及入磨母液为污染源,考虑时间和质量分数效应,对碱污染原状红黏土通过室内直剪试验,研究其抗剪强度的变化。并从碱污染红黏土剪切位移为4 mm时破裂面的微观结构入手,对其微观孔隙、颗粒进行定性和定量分析,探究其剪切破坏时的破裂方式。结果表明:高质量分数下,抗剪强度整体增加,土中多为惰性孔隙,孔隙方向性较好,颗粒变得较为狭长;入母液下,抗剪强度整体增加最多,土中几乎全为惰性孔隙,孔隙方向性最好,颗粒最为狭长;低质量分数下,抗剪强度整体减少,土中内活性孔隙仍较多,孔隙方向性较差,颗粒仍保持较好圆度。为碱污染红黏土的改良以及宏-微观的定量化研究提供一定的参考。

黏土矿物对cd2+2+、Pb2+污染土壤的修复效果研究

随着我国重金属土壤污染日益严重,土壤污染修复技术也得到了高度重视,对修复技术在不同污染土壤中的应用效果的研究也更加细致和深入.本文介绍了我国土壤污染现状,从修复污染土壤的两个方向着手,重点介绍了化学修复、微生物修复以及联合修复技术,并总结探讨了黏土矿物对镉、铅污染土壤的修复效果的研究.

磷矿粉稳定铅污染土的溶出特性研究

采用磷矿粉作为稳定剂对铅污染土进行修复处理。通过毒性浸出试验(TCLP),研究磷矿粉稳定铅污染土的溶出特性,探讨了不同磷矿粉掺量和养护龄期对铅、钙溶出量的影响,分析不同初始铅浓度作用下铅、钙的溶出规律。结果表明:铅溶出量随磷矿粉掺量和养护龄期的增加而减小,钙溶出规律与之相反,钙溶出量与铅溶出量存在线性负相关性;稳定污染土和浸出液的pH值受初始铅浓度影响显著,并随着磷矿粉掺量增加而逐渐增大。

水泥固化铅污染粘土的pH-Dependent试验研究

通过pH-dependent试验,研究水泥固化铅污染土的溶出特性.对滤出液pH的研究结果表明,滤出液pH随加酸量增加而下降,且试样C12Pb2较C12Pb0、试样C18Pb2较C18Pb0的碱性/酸缓冲能力弱.对滤出液中铅浓度([Pb])随滤出液pH、水泥掺量的变化特征进行分析,结果表明,[Pb]随滤出液pH增大而先减小后增加;且试样C18Pb2较C12Pb2,其溶出的[Pb]显著减小,铅最大溶出率小5个百分点,表明水泥掺量的增大使得水泥对铅的固定效果更好,使固化土中可溶出的铅减少.

碱液对桂林红黏土物理力学性质的影响研究

红黏土属于特殊性土,由于其特殊的成因过程和成因环境,工程性质与黏土有很大的区别。选取桂林雁山区红黏土,以氢氧化钠作为碱类污染物,通过相对密度试验、界限含水率试验、直剪试验、压缩试验,研究红黏土受到不同浓度氢氧化钠溶液污染后,对物理力学特性的影响。结果表明:受污染红黏土,随碱浓度的增加,其比重增大,液限、塑限均增大,抗剪强度减小,压缩系数增大,压缩模量减小。

土工格栅对受污道砟直剪特性影响的试验研究

为探究土工格栅对受黏土污染道砟力学特性的影响,通过对4种法向压力、3种黏土污染程度下土工格栅加固的道砟试样进行一系列直剪试验,对比分析土工格栅对道砟试样剪切强度和剪切变形的影响,研究了考虑黏土污染情况下土工格栅对道砟的加固效果.研究结果表明:土工格栅增大了洁净及受黏土污染道砟试样的剪切强度,当污染指标VCI(void contamination index)为20%时提升峰值剪切强度最大达到24%;道砟剪切强度表现出典型的非线性特征,非线性强度准则拟合参数与道砟污染程度利用指数函数拟合,拟合结果可作为实际工程受污染道砟强度估计的依据;土工格栅可减小试样的最大剪胀量,同时可减小约0.7°~3.7°的峰值剪胀角,并且在VCI为20%时土工格栅加固的效果最为明显.

基于CART对污染红黏土氧化物与强度特性的数据分析

作为一种区域性特殊土,红黏土裂隙发育,力学性质较差,而重金属污染将进一步加剧其不稳定性。为探究红黏土在重金属污染下的强度特征,通过XRF分析、直剪试验和抗压试验,分析了污染红黏土中Al_(2)O_(3)、TiO_(2)、K_(2)O等氧化物含量和力学性质与铬离子掺量的关系,并基于分类与回归树(CART)的方法,建模、拟合并预测了红黏土的力学性质随铬离子浓度的变化规律,分析了红黏土中氧化物对其强度的影响。试验结果表明,红黏土的抗剪强度、内摩擦角随铬离子浓度的升高呈下降趋势,而黏聚力随铬离子浓度的升高呈上升趋势,铬离子的引入使红黏土的无侧限抗压强度显著下降。同时CART建模表明土样中的氧化物可对红黏土的强度特性产生影响。

铅污染黏土微观结构与变形强度特性

为研究铅污染物对黏土微观结构演化和变形特性规律的影响,通过SEM表面微观形貌试验、低温氮吸附试验,研究铅污染黏土的表面微观形貌与孔隙结构特征,微观结构试验结果表明:未受铅污染的原状土颗粒孔隙较少,颗粒以叠片状排列为主;铅污染黏土孔隙发育明显,主要以10 nm左右的中孔为主;随污染物浓度增大,污染黏土的孔径增大,二次孔增多,土颗粒以点–点排列为主;通过开展无侧限抗压强度试验、直剪试验和固结试验,观察铅污染黏土的强度与变形特性,铅污染物对黏土无侧限抗压强度影响显著,随铅污染物浓度的增大,铅污染黏土无侧限抗压强度明显减小。随铅污染物浓度增大,污染黏土抗剪强度减弱,黏聚力c和内摩察角减小。在铅污染物化学溶液的腐蚀作用下,黏土孔隙比e变大,随铅污染物浓度增大,压缩系数和压缩指数cC增大,压缩模量sE减小。

高性能页岩抑制剂ATROL的研制及现场应用

高性能强抑制性水基钻井液体系是一种类似油基钻井液的环境友好型钻井液体系,其核心处理剂之一就是新型高性能抑制剂。针对所钻遇泥页岩地层黏土矿物的水化膨胀和分散等问题,研制出了具有较强抑制作用的高性能页岩抑制剂ATROL。在介绍ATROL组成的同时,分析和研究了其作用机理。室内评价试验和在渤海CFD5-5-3D井现场应用的效果表明,ATROL能有效地应用于泥页岩复杂地层的钻进,并具有抑制能力强、防塌效果好、无毒无污染等优点,可很好地满足渤海石油勘探开发的要求。

镉溶液污染黏土微观结构演化规律

镉溶液在压实黏土中迁移会引起黏土微观结构的变化。通过一系列扫描电子显微镜与低温氮吸附实验,观察了镉溶液污染黏土的表面微观形貌与孔隙结构的演化规律。扫描电子显微镜观察结果显示,受镉溶液污染严重的土柱上表面孔隙明显,土颗粒之间主要以点-点排列方式为主;而受镉溶液污染较弱的下表面,土颗粒之间主要以片-片状排列为主。低温氮吸附实验结果表明,Z=0 cm、Z=10 cm、Z=20 cm、Z=30 cm处,污染黏土吸附量分别为682.65、631.72、583.25和523.36 cm3/g。随土柱中土层深度的增大,黏土颗粒间微孔增多,二次孔减少,孔隙体积与比表面积减小。镉溶液污染黏土孔隙主要集中在10 nm以下。